基于Matlab的灰度直方图规定化实现方法的研究

第20卷 第2期长 春 大 学 学 报Vo.l 20 No .2 2010年2月J O URNAL OF CHANGCHUN UN I VER SI TYFeb .2010收稿日期:2009211208作者简介:邢笑雪(19812),女,山西霍州人,讲师,博士研究生,主要从事数字图像处理方面的研究。

基于M atlab 的灰度直方图规定化实现方法的研究邢笑雪,吉淑娇(长春大学 电子信息工程学院,吉林 长春 130022)摘 要:直方图规定化可以将图像的直方图转化为需要的形状,有目的地增加某个灰度区间的图像,使用户获得感兴趣的信息。

本文介绍了直方图规定化的两种经典的实现算法:单映射规则(S ML)和组映射规则(G ML)的基本原理,并应用这两种算法对实例图像进行规定化处理和比较分析,证明了G ML 相对于S ML 的优越性。

仿真结果表明,本文所实现的G ML 算法改进了以往算法中规定化后图像的灰度级与规定直方图的灰度级不能完全近似的问题。

关键词:M atlab 直方图规定化;单映射规则;组映射规则中图分类号:TP391141 文献标志码:A文章编号:1009-3907(2010)02-0037-020 引 言图像增强的首要目标是改善图像,以使图像更适合于特定应用。

图像增强的方法主要取决于图像希望达到的特定效果,一般来说,图像增强的方法分为两大类:基于图像灰度值统计的方法和基于图像空间频率的方法[1]。

用灰度直方图增强图像对比度是基于图像灰度值统计的一种重要方法,它以概率论为基础的,常用的实现算法主要是直方图均衡化和直方图规定化[2][3]。

直方图均衡化主要用于增强动态范围较小的图像的反差,基本思想是把原始图的直方图变换为均匀分布的形式,这样就增强了像素灰度值的动态范围,从而达到增强图像整体对比度的效果。

直方图均衡化的优点是能自动地增强整个图像的对比度,但它的具体的增强效果不好控制,处理的结果总是得到全局均衡化的直方图[4]。

实际中有时需要变换直方图使之成为某个需要的形状,从而有选择地增强某个灰度值范围内的对比度或使图像灰度值的分布满足特定的要求,这时可以采用比较灵活的直方图规定化方法。

1 直方图规定化原理和算法在直方图规定化的过程中,正确地选择规定化的函数有可能获得比直方图均衡化更好的效果,一般分为三个步骤:(1)如同均衡化方法中,对原始图的直方图进行灰度均衡化:s k =T (r k )=E ki =0n in =E ki =0p r (r i ) k =0,1,,,M -1(1)(2)规定需要的直方图,并计算能使规定的直方图均衡化的变换:u k =T (v k )=E li =0p v (v i ) l =0,1,,,N -1(2)(3)将第1个步骤得到的变换反转过来,即将原始直方图对应映射到规定的直方图,也就是将所有的p r (r i )对应到p v (v i )去。

因为在映射过程中有取整误差的影响,所以采用什么样的映射规则在离散空间中很重要。

常用的两种方法为单映射规则(si n gle m apping la w ,S ML )和组映射规则(group mapp i n g la w ,G ML )。

单映射规则(single mapp i n g la w ,S ML ):是从小到大依次找到能使式(3)最小的k 和l 。

|E ki =0P r (r i )-E lj =0P v (V i )|c =011,N -1K =011,M -1(3)然后将p r (r i )对应到p v (v i )去,由于这里每个p r (r i )是分别对应过的,故这种方法简单直观,但有时会有较大的取整误。

组映射规则(group mapp i n g la w ,G ML ):设有一个整数函数I (l),l =011,N -1,满足:0F I (0)F ,F I(l)F ,F I (N -1)F M -1,确定使式(4)达到最小的I (l)。

|E I(l)i =0P r (r i )-E lj =0P v (v i )|l =011,N -1(4)这时,如果l =0,则将其i 从到I (0)的p r (r i )都对应到p v (v i )去;如果l E 1,则将其i 从I (l -1)+1到I (l)都对应到p v (v i )去[5]。

我们采用Ma tlab 进行仿真,具体M atlab 算法的流程图见图1、图2所示。

图1 S ML算法流程图图2 G ML 算法流程图2 仿真效果对比设有一幅64@64,8比特灰度图像,其直方图见图3所示,图4为希望变换得到的规定直方图。

我们采用Matlab 进行仿真,按照单映射(S ML)和组映射(G ML)规则分别进行计算,可以得到在这两种映射规则下的直方图分布,仿真运算结果见图5、图6所示。

3 结 论对比图5和图6表明,本文实现的G ML 算法,可以改进在以往的直方图规定化算法中出现的规定图3原始直方图图4规定直方图图5 S M L规定化后的直方图图6 G ML 规定化后的直方图化后的图像的灰度级不能与规定直方图的灰度级相似的问题。

同时我们可以看出,S ML 映射规则是一(下转第47页)38长 春 大 学 学 报 第20卷微小的变化。

但是,对于地图的使用来说,我们常常是采用非常大的图像,因此这点变化是微不足道的。

图5(a)长春地图原图,(b)长春地图在其边缘线嵌入3总结在经过大量的实验研究之后,我们发现传统的水印方法并不能很好地解决地图水印嵌入之后的鲁棒性和不可见性。

传统的水印算法通常是考虑在宿主图像的基础上插入水印图片,这种方法往往会在图片中引入新的像素,由于地图中颜色代表着重要的地理信息,这样传统的方法在地图水印嵌入的过程中就变的不太适用。

因此本文尝试使用新的方法应用于地图水印的嵌入中,即来源于基于通过改变字与字、行与行之间的距离,也就是采用字移和行移文档水印技术的思想。

在同种颜色的区域内,通过改变边缘线上相邻两个点的距离信息来达到嵌入水印的目的。

利用这种算法,可以提高鲁棒性和不可见性地平衡,使系统既能保证图像的质量,又能提高抵抗各种恶意攻击的能力,特别是在抗剪切的性能上。

参考文献:[1]李媛媛,许录平.用于矢量地图版权保护的数字水印[J].西安电子科技大学学报,2004,31(5):719-723.[2]王勋,林海,鲍虎军.一种鲁棒的矢量地图数字水印算法[J].计算机辅助设计与图形学学报,2004,16(10):1377-1381.[3]M au ro Barn,i Franco Bart oli n,i A lessandro P i va,Fili ppo Sal ucco.Robu stW ater m ark i ng of Cartograph ic I m ages[J].EURASI P J our2nal on App lied Si gnal Process i ng,2002(2):197-208.[4]孙圣和,陆哲明,牛夏牧,等.数字水印技术及应用[M].北京:科学出版社,2004:137-308.[5]王小虎,徐振东.基于颜色的地图水印检测算法[J].长春大学学报,2009(12):53-54.责任编辑:吴旭云A m ethod for m ap w a term a rk detectionWANG X iao2hu1,S HAO Ka i1,WU A i2hua3(11College of Co mputer Sc i ence and Engi neeri ng,Changchun Un i versity of Technol ogy,Changchun130012,Chi na;21Cente r for D i sease Control and P reventi on,Joi nt Logi stics Depart m ent of ShenyangM ilitary R egi on,Shenyang110034,Ch i na;31T i edong C ity Appearance and Environ m en t Sanita ry Control Cen ter,Sipi ng136001,China)Abstr ac t:M ap wa ter m ark is an e ffective m ethod for m ap copyr i ght protecti on.The ex i sti ng m ap wa ter m ark detec ti on a l gorith m can not ge t a good shearing resi stance.This arti c le ana l yzes the previ ous a l gorith m and pu ts for ward the techn i ca l i dea of character sh ift and li ne sh ift,which i s,i n t he same col or regio n,water m ark can be e mbedded by changi ng d i stance i nfor m atio n be t w een ad j acent poi nts on the edge li ne.The effec t of t h is a l gorith m has been proved by expe ri m en ts.K eywords:wa ter m ark;character sh ift;li ne sh ift;detectio n(上接第38页)种有偏的映射规则,因为一些对应灰度级被有偏的映射到接近计算开始的灰度级,而G ML映射规则是统计无偏的,从根本上就避免了上述问题的出现。

所以结论是,G ML映射规则总会得到比S ML映射规则更接近规定直方图的结果。

另外,因为直方图规定化是两次直方图均衡化实现,在实现应用中,若对图像灰度特征等有更多的了解,进一步的直方图规定化可以获得更好的视觉改善。

参考文献:[1]冈萨雷斯.数字图像处理(MATLAB版)[M].北京:电子工业出版社,2004.[2]章毓晋.图像工程(上册):图像处理[M].北京:清华大学出版社,2006.[3]Zhang Y J.1992.I m p rovi ng t h e accu racy of direct h istogra m s peci2fi cati on.I EEE E lectron ics Letters,28(3):213-214.[4]皋军.图象的灰度直方图均衡化的实现[J].盐城工学院学报,2001(12):4.[5]楼竞,吴访升,刘栋梁.灰度直方图规定化实现方法的分析[J].江苏技术师范学院学报,2004(12):4.责任编辑:吴旭云A r esea rch on the im p le m en ting m ethod of gray level h istogr a m spec ifica tion based on M a tlabXING X iao2xue,JI Shu2ji ao(Coll ege of E l ectron i c Infor m atio n Engi nee ri ng,Changchun Un i versity,Changchun130022,Ch i na)Abstr ac t:H i stogra m spec ifi cati on can change the histo gra m of i m ages int o a specific for m,which can enhance the i m age of any gray in2 terva ls so as to provi de users with interesti ng i n f or matio n.This paper i ntroduces t w o classica l i m ple m enti ngm ethods of histogra m spec ifi2 catio n,)))the bas i c pr i nci p l e of si ngl e m appi ng la w(S ML)and gro upm apping l aw(G ML).By co mpara ti ve analysi s on t he spec ificati on process i ng of i m age sa m ples,it prov es t he s uper i or ity of G ML t o S ML.The si m ulatio n resu lts sho w t hat the gi ven G ML algorith m can solve the prob l e m of i nco m plete approxi m atio n of the gray l evels bet ween t he spec ifi ed h i sto gram and the h istogra m of t he fi na l i m age.K eywords:M atlab histo gram specificati on;single m app i ng law;gro up m appi ng la w47第2期王小虎,等:基于颜色特征的地图水印嵌入算法。